pytorch view()和reshape() 详解

前言

如果没有时间看下去，这里直接告诉你结论：

• 两者都是用来重塑tensor的shape的。

• view只适合对满足连续性条件（contiguous）的tensor进行操作，并且该操作不会开辟新的内存空间，只是产生了对原存储空间的一个新别称和引用，返回值是视图。

• reshape对适合对满足连续性条件（contiguous）的tensor进行操作返回值是视图，否则返回副本(此时等价于先调用contiguous()方法在使用view())

• 考虑内存的开销而且要确保重塑后的tensor与之前的tensor共享存储空间，那就使用view

• view能干的reshape都能干 如果只是重塑一个tensor的shape 那就无脑选择reshape

pytorch Tensor 介绍

想要深入理解view与reshape的区别，首先要理解一些有关PyTorch张量存储的底层原理，比如tensor的头信息区（Tensor）和存储区 （Storage）以及tensor的步长Stride

Tensor 文档链接

Tensor 存储结构介绍

tensor数据采用头信息区（Tensor）和存储区 （Storage）分开存储的形式，如图1所示。变量名以及其存储的数据是分为两个区域分别存储的。比如，我们定义并初始化一个tensor，tensor名为A，A的形状size、步长stride、数据的索引等信息都存储在头信息区，而A所存储的真实数据则存储在存储区。另外，如果我们对A进行截取、转置或修改等操作后赋值给B，则B的数据共享A的存储区，存储区的数据数量没变，变化的只是B的头信息区对数据的索引方式。如果听说过浅拷贝和深拷贝的话，很容易明白这种方式其实就是浅拷贝。

代码示例如下:

import torch
a = torch.arange(5)  # 初始化张量 a 为 [0, 1, 2, 3, 4]
b = a[2:]            # 截取张量a的部分值并赋值给b，b其实只是改变了a对数据的索引方式
print('a:', a)
print('b:', b)
print('ptr of storage of a:', a.storage().data_ptr())  # 打印a的存储区地址
print('ptr of storage of b:', b.storage().data_ptr())  # 打印b的存储区地址,可以发现两者是共用存储区
 
print('==================================================================')
 
b[1] = 0    # 修改b中索引为1，即a中索引为3的数据为0
print('a:', a)
print('b:', b)
print('ptr of storage of a:', a.storage().data_ptr())  # 打印a的存储区地址,可以发现a的相应位置的值也跟着改变，说明两者是共用存储区
print('ptr of storage of b:', b.storage().data_ptr())  # 打印b的存储区地址
 

Tensor的步长（stride）属性

torch的tensor也是有步长属性的，说起stride属性是不是很耳熟？是的，卷积神经网络中卷积核对特征图的卷积操作也是有stride属性的，但这两个stride可完全不是一个意思哦。tensor的步长可以理解为从索引中的一个维度跨到下一个维度中间的跨度

我们看下如下例子:

import torch
a = torch.arange(6).reshape(2, 3)  # 初始化张量 a
b = torch.arange(6).view(3, 2)     # 初始化张量 b
print('a:', a)
print('stride of a:', a.stride())  # 打印a的stride
print('b:', b)
print('stride of b:', b.stride())  # 打印b的stride

Tensor View 理解

参考链接

大致意思是:

返回的张量共享相同的数据，并且必须具有相同数量的元素，但可能具有不同的大小。对于要查看的张量，新视图大小必须与其原始大小和步幅兼容，即每个新视图维度必须是原始维度的子空间，或者满足以下连续条件:

否则需要先使用contiguous()方法将原始tensor转换为满足连续条件的tensor，然后就可以使用view方法进行shape变换了。或者直接使用reshape方法进行维度变换，但这种方法变换后的tensor就不是与原始tensor共享内存了，而是被重新开辟了一个空间。

如何理解tensor是否满足连续条件呐？下面通过一系列例子来慢慢理解下

查看tensor的stride、size属性
如下例子:

我们可以看到结果是满足连续性的 stride[0] = 3 = 1X3

下面我们看看不满足连续性的例子:

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)     # 初始化张量a
b = a.permute(1, 0)  # 对a进行转置
print('struct of b:\n', b)
print('size   of b:', b.size())    # 查看b的shape
print('stride of b:', b.stride())  # 查看b的stride
 
'''   运行结果   '''
struct of b:
tensor([[0, 3, 6],
        [1, 4, 7],
        [2, 5, 8]])
size   of b: torch.Size([3, 3])
stride of b: (1, 3)   # 注：此时不满足连续性条件

输出a和b的存储区来看一下有没有什么不同:

import torch
a = torch.arange(9).reshape(3, 3)             # 初始化张量a
print('ptr of storage of a: ', a.storage().data_ptr())  # 查看a的storage区的地址
print('storage of a: \n', a.storage())        # 查看a的storage区的数据存放形式
b = a.permute(1, 0)                           # 转置
print('ptr of storage of b: ', b.storage().data_ptr())  # 查看b的storage区的地址
print('storage of b: \n', b.storage())        # 查看b的storage区的数据存放形式
 
'''   运行结果   '''
ptr of storage of a:  1899603060672
storage of a: 
  0
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
[torch.LongStorage of size 9]
ptr of storage of b:  1899603060672
storage of b: 
  0
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
[torch.LongStorage of size 9]

由结果可以看出，张量a、b仍然共用存储区，并且存储区数据存放的顺序没有变化，这也充分说明了b与a共用存储区，b只是改变了数据的索引方式。那么为什么b就不符合连续性条件了呐(T-T)？其实原因很简单，我们结合图3来解释下:

Torch.reshape

作用：与view方法类似，将输入tensor转换为新的shape格式。
但是reshape方法更强大，可以认为a.reshape = a.view() + a.contiguous().view()。
即：在满足tensor连续性条件时，a.reshape返回的结果与a.view()相同，否则返回的结果与a.contiguous().view()相同

参考文章和链接

https://blog.csdn.net/Flag_ing/article/details/109129752
https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.Tensor.view.html#torch.Tensor.view
https://stackoverflow.com/questions/49643225/whats-the-difference-between-reshape-and-view-in-pytorch